计算机概述
- 计算机包括硬件(hardware)和软件(software)两部分。硬件包括计算机中可以看得见的物理部分。而软件提供看不见的指令。这些指令控制硬件并且使得 硬件完成特定的任务。
程序设计
- 定义：创建（或开发）软件。软件包含了指令，告诉计算机做什么。 应用场景：软件遍布我们周围。除了个人计算机，飞机、汽车、手机甚至烤 面包机中，同样运行着软件。
程序设计语言
- 软件开发人员在称为程序设计语言的强大工具的帮助下创建软件。
如何选择该学习哪种程序设计语言？
- 程序设计语言有很多种，每种语言都是为了实现某个特定的目的而发明的。
- 你会困惑哪种语言是最好的。事实上，没有“最好”的语言。每种语言都 有它的长处和短处。
- 经验丰富的程序员知道各种语言擅长的应用场景，因此，会尽可能的掌握 各种不同的程序设计语言。
- 如果你掌握了一种编程语言，应该会更容易上手其它的编程语言。关键是学习如何使用程序设计方法来解决问题。这也是本套课程的主旨。
计算机硬件介绍
- 冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯·诺依曼计算机的组织结构，只是作了一些改进而已，并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。冯·诺依曼也因此被人们称为“计算机之父”。
计算机硬件主要包括下面几个方面：
中央处理器(Central Processing Unit,CPU)
- 控制单元：用于控制和协调其他组件的动作。
- 算术/逻辑单元：用于完成数值运算(+、-、*、/)和逻辑运算(比较)。
每台计算机都有一个内部时钟，该时钟以固定速度发射电子脉冲。时钟速度越快，在给定的时间段内执行的指令就越多。速度的计量单位是赫兹(Hz)，1Hz相当于每秒1个脉冲。随着CPU速度不断提高，目前以千兆赫(GHz)来表述。
- 最初一个CPU只有一个核(core)。核是处理器中实现指令读取和执行的部分。一个多核 CPU是一个具有两个或者更多独立核的组件。可提高CPU的处理能力。
持久化存储设备
- 内存中的信息在断电时会丢失。那我们可以考虑将程序和数据永久的保存在存储设备上。当计算机 确实需要这些数据时，再移入内存，因为从内存中读取比从存储设备读取要快得多。
存储设备主要有以下三种：
- 磁盘驱动器 ：每台计算机至少有一个硬盘驱动器。硬盘(hard disk) 用于永久的保存数据和程序。
- 光盘驱动器(CD和DVD) CD的容量可达700MB。 DVD的容量可达4.7GB。
- USB闪存驱动器 ：USB: Universal Serial Bus，通用串行总线。 可以使用USB将打印机、数码相机、鼠标、外部硬盘驱动器连接到计算机上。 USB闪存驱动器很小，可用于存储和传输数据的设备。
内存
- 在讨论内存前，先清楚数据是如何存储在计算机中的。
- 计算机就是一系列的电路开关。每个开关存在两种状态：关(off)和开(on)。如果电路 是开的，它的值是1。如果电路是关的，它的值是0。
- 一个0或者一个1存储为一个比特(bit)，是计算机中最小的存储单位。
- 计算机中是最基本的存储单元是字节(byte) 。每个字节由8个比特构成。
计算机的存储能力是以字节和多字节来衡量的。如下：
- 千字节(kilobyte,KB) = 1024B
- 兆字节(megabyte,MB) = 1024KB
- 千兆字节(gigabyte,GB) = 1024MB
- 万亿字节(terabyte,TB) = 1024GB
内存(也叫 Random-Access Memory,RAM)：由一个有序的字节序列组成，用于存储程序及程序需要的数据。
- 一个程序和它的数据在被CPU执行前必须移到计算机的内存中。
- 每个字节都有一个唯一的地址。见右图。使用这个地址确定字节的位置，以便于存储和获取数据。
- 一个计算机具有的RAM越多，它的运行速度越快，但是此 规律是有限制的。
- 内存与CPU一样，也构建在表面嵌有数百万晶体管的硅半导 体芯片上。但内存芯片更简单、更低速、更便宜。
实测发现：内存存取数据的速度比硬盘的存取速度快10倍，在某些环境里，硬盘和内存之 间的速度差距可能会更大。而CPU的速度比内存不知还要快多少倍。当我们把程序从硬盘 放到内存以后，CPU就直接在内存运行程序，这样比CPU直接在硬盘运行程序就要快很多。
- 内存解决了一部分CPU运行过快，而硬盘数据存取太慢的问题。 提高了我们的电脑的运行速度。内存就如同一条“高速车道”一般，数据由传输速度较慢的硬盘通过这条高速车道传送至CPU进行处理！
- 但内存是带电存储的(一旦断电数据就会消失)，而且容量有限，所以要长时间储存程序或数据就需要使用硬盘。
内存在这里起了两个作用：
- 保存从硬盘读取的数据，提供给CPU使用
- 保存CPU的一些临时执行结果，以便CPU下次使用或保存到硬盘
输入和输出设备
- 常见的输入设备：键盘（keyboard）和鼠标（mouse）
- 常见的输出设备：显示器（monitor）和打印机（printer）
显示器屏幕分辨率：是指显示设备水平和垂直方向上显示的像素(px)数。计算公式：像素密度=√[(长度像素数)^2+(宽度像素数)^2]/屏幕尺寸
- 分辨率可以手工设置。
- 分辨率越高，图像越锐化、越清晰。
通信设备
计算机可以通过通信设备进行联网。
常见的设备有：
- 拨号调制解调器：使用的是电话线，传输速度可达56 000bps(bps:每秒比特)
- DSL（数字用户线）：使用的也是电话线，但传输速度叫上面的快20倍
- 电缆调制解调器：利用有线电视电缆进行数据传输，通常速度比DSL快。
- 网络接口卡（NIC）：将计算机接入局域网（LAN）的设备。局域网通常用于大学、 商业组织和政府组织。速度甚至可达1000Mbps
- 无线网络：在家庭、商业和学校中极其常见。计算机可通过无线适配器连接到局域 网或internet上。
计算机发展史上的鼻祖
阿兰·图灵(Alan Turing)
- 最近半个世纪以来，世界计算机科学界的重大进步，离不开图灵等人的 理论奠基作用和多方面的开创性研究成果。图灵是当之无愧的计算机科 学和人工智能之父。甚至认为，他在技术上的贡献及对未来世界的影响几乎可与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩。
- 美国计算机学会（ACM）的年度“图灵奖”，自从1966年设立以来， 一直是世界计算机科学领域的最高荣誉，相当于计算机科学界的诺贝尔 奖。至今，中国人只有姚期智院士获该奖项。
- 图灵论文中的“用有限的指令和有限的存储空间可算尽一切可算之物” 理论让当时所有的科学家震惊
- 计算机基本工作原理是存储程序和程序控制，它是由世界著名 数学家冯·诺依曼提出的。最简单的来说，冯诺依曼理论的要点 是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序 执行。
- 20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器 和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，
- 被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。 同样有着“计算机之父”称号的冯·诺依曼的助手弗兰克尔在一 封信中写到：“……计算机的基本概念属于图灵。按照我的看 法，冯·诺依曼的基本作用是使世界认识了由图灵引入的计算机 基本概念……”
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：
- 把需要的程序和数据送至计算机中。
- 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。
- 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。
- 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。
- 能够按照要求将处理结果输出给用户。
操作系统
操作系统(Operating System)是运行在计算机上的最重要的 程序，它可以管理和控制计算机的活动。
硬件、操作系统、应用程序和用户之间的关系如下右图
操作系统的主要任务：
- 控制和监视系统的活动
- 分配和调配系统资源
- 调度操作
万维网
万维网（World Wide Web,www,环球信息网）常简称为Web,发明者蒂姆·伯纳 斯·李。分为Web客户端和Web服务器程序。 WWW可以让Web客户端（常用 浏览器）访问浏览Web服务器上的页面。 是一个由许多互相链接的超文本组 成的系统，通过互联网访问。在这个系统中，每个有用的事物，称为一样“资 源”；并且由一个全局“统一资源标识符”（URI）标识；这些资源通过超文 本传输协议（Hypertext Transfer Protocol）传送给用户，而后者通过点击链接来获得资源。
万维网是无数个网络站点和网页的集合，它们在一起构成了因特网Internet最主要的部分（因特网也包括电子邮件、Usenet以及新闻组）。它实际上是多 媒体的集合，是由超级链接连接而成的。我们通常通过网络浏览器上网观看的， 就是万维网的内容
